全国版版高考生物一轮复习现代生物科技专题第1讲基因工程学案Word文档下载推荐.docx

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卷ⅡT40,2013·

考点一|基因工程的基本工具

（对应学生用书第245页）

[识记—基础梳理]

1．基因工程的概念及优点

（1）概念：

按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。

（2）优点

①与杂交育种相比：

克服了远缘杂交不亲和的障碍。

②与诱变育种相比：

定向改造生物的遗传性状。

2．基因工程的基本工具

（1）限制性核酸内切酶（简称：

限制酶）

①来源：

主要是从原核生物中分离纯化出来的。

②作用：

识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并切开特定两个核苷酸之间的磷酸二酯键。

③结果：

产生黏性末端或平末端。

已知限制酶EcoRⅠ和SmaⅠ识别的碱基序列和酶切位点分别为G↓AATTC和CCC↓GGG，在下图中写出这两种限制酶切割DNA后产生的末端种类。

（2）DNA连接酶

（3）载体

①常用载体：

质粒，其化学本质是独立于拟核之外的双链环状DNA分子。

②其他载体：

λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。

③特点及意义：

特　点

意　义

稳定并能复制

目的基因稳定存在且数量可扩大

有一至多个限制酶切割位点

可携带多个或多种外源基因

具有特殊的标记基因

便于重组DNA的鉴定和选择

[教材边角知识]　选修3　P6“寻根问底”,DNA连接酶和DNA聚合酶的作用相同吗？

试简要说明。

_________________________________________________________________

【提示】　不相同。

DNA连接酶连接的是两个DNA片段，而DNA聚合酶连接的是单个的脱氧核苷酸。

[理解—深化探究]

1．基因工程技术使用限制酶需注意哪些问题？

【提示】　①获取目的基因和切割载体时，经常使用同一种限制酶（也可使用能切出相同末端的不同限制酶），目的是产生相同的黏性末端或平末端。

②获取一个目的基因需限制酶切割两次，共产生4个黏性末端或平末端。

③限制酶切割位点的选择，必须保证标记基因的完整性，以便于检测。

④为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒。

2．限制酶和DNA连接酶的关系

（1）限制酶和DNA连接酶的作用部位都是磷酸二酯键。

（2）限制酶不切割自身DNA的原因是原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。

（3）DNA连接酶起作用时，不需要模板。

[运用—考向对练]

考向　考查基因工程的基本工具的作用

如图所示为pBR322质粒，其中ampr（氨苄青霉素抗性基因）和tetr（四环素抗性基因）为标记基因，ori为复制原点，其他均为限制酶及其识别位点，并且每种限制酶都只有一个。

pBR322质粒是基因工程较常用的运载体。

回答下列相关问题：

（1）制备重组质粒，需要限制酶和_____酶。

如制备重组质粒时，使用PvuⅠ切割该质粒，则检测目的基因是否导入受体细胞，需要在培养基中添加_______。

（2）该质粒中的BamHⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为，而Sau3AⅠ识别的核苷酸序列只有4个碱基。

若BamHⅠ和Sau3AⅠ分别切割DNA所形成的DNA片段能拼接成一条DNA链，则Sau3AⅠ识别的核苷酸序列及切割位点为________。

该拼接在一起的DNA片段，能否被BamHⅠ识别？

________。

（3）与图示质粒相比，完整的重组质粒中还应有________________________等三种特殊的DNA片段。

将重组质粒导入动、植物细胞的方法分别为________，如受体细胞为大肠杆菌，则该菌经钙离子处理后，将具备________________的特性。

[解析]　

（1）基因工程所用的工具酶是限制酶和DNA连接酶。

使用PvuⅠ切割pBR322质粒会破坏ampr（氨苄青霉素抗性基因），而tetr（四环素抗性基因），不受破坏所以可用含有四环素的培养基来筛选具有目的基因的细胞。

（2）综合设问信息，可推知Sau3AⅠ识别的核苷酸序列及其切割位点为，这样Sau3AⅠ和BamHⅠ切割DNA时才能形成相同的黏性末端，进而能被拼接成一条DNA链。

重新拼接点的核苷酸序列不一定是GGATCC，因此不一定能被BamHⅠ识别，但一定能被Sau3AⅠ识别。

（3）一个完整的重组质粒有标记基因、目的基因、启动子、终止子和复制原点等特殊片段。

将目的基因导入植物细胞的方法有农杆菌转化法、基因枪法和花粉管通道法，而导入动物细胞的方法有显微注射法。

钙离子处理后的大肠杆菌，将处于感受态，该状态的细胞具有将外界DNA吸入细胞的特性。

[答案]　

（1）DNA连接　四环素　

（2）　不一定能　（3）启动子、终止子和目的基因　显微注射法，农杆菌转化法、基因枪法、花粉管通道法（后者答出一个即可）　将外界DNA吸入细胞

比较项目

限制酶

DNA连接酶

DNA聚合酶

解旋酶

作用底物

DNA分子

DNA分子片段

脱氧核苷酸

作用部位

磷酸二酯键

碱基对间的氢键

形成产物

有黏性末端

或平末端的

DNA片段

形成重组

新的DNA分子

形成单链DNA

　根据基因工程的有关知识，回答下列问题：

（1）限制性核酸内切酶切割DNA分子后产生的片段，其末端类型有________和________。

（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：

AATTC……G

　　　　　　G……CTTAA

为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性核酸内切酶切割，该酶必须具有的特点是__________。

（3）按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即________DNA连接酶和________DNA连接酶。

（4）反转录作用的模板是________，产物是________。

若要在体外获得大量反转录产物，常采用________技术。

（5）基因工程中除质粒外，________和________也可作为运载体。

（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是_____________________________________________

________________________________________________________________。

[解析]　限制性核酸内切酶切割DNA分子形成的末端通常有两种，即黏性末端和平末端。

为使运载体和目的基因连接，二者必须具有相同的黏性末端，因而当使用除EcoRⅠ之外的其他酶进行切割时，应该产生相同的黏性末端。

DNA连接酶的来源有两个：

一是大肠杆菌，二是T4噬菌体。

反转录是由RNA形成DNA的过程，获得大量反转录产物时常用PCR扩增技术。

基因工程常用的运载体是质粒，除此以外，噬菌体和动植物病毒也可作为运载体。

如果用大肠杆菌作受体细胞，必须用钙离子处理，使其处于感受态（此状态吸收外源DNA的能力增强）。

[答案]　

（1）黏性末端　平末端　

（2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同　（3）大肠杆菌　T4　（4）mRNA（或RNA）　cDNA（或DNA）　PCR　（5）噬菌体　动植物病毒　（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱

考点二|基因工程的基本操作程序及应用

（对应学生用书第246页）

1．基因工程的基本操作程序

（1）目的基因的获取

①目的基因：

主要指编码蛋白质的基因，也可以是一些具调控作用的因子。

②方法

（2）基因表达载体的构建——基因工程的核心

①目的：

使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传给下一代，同时使目的基因能够表达和发挥作用。

②基因表达载体的组成

③构建过程

（3）将目的基因导入受体细胞

生物种类

植物

动物

微生物

常用方法

农杆菌转化法

显微注射法

感受态细胞法

受体细胞

体细胞

受精卵

微生物细胞或酵母菌

转化过程

将目的基因插入Ti质粒的TDNA上→转入农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达

将含有目的基因的表达载体提纯→取卵（受精卵）→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物

Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子

（4）目的基因的检测与鉴定

方法

检测或鉴定目的

水平

DNA分子杂交技术

检测目的基因的有无

分子水平

分子杂交技术

目的基因是否转录

抗原－抗体杂交

目的基因是否翻译

抗虫或抗病接种实验

是否具有抗虫抗病特性

个体水平

2．PCR技术

（1）原理：

DNA双链复制。

（2）条件

（3）过程

过程

说明

图解

变性

当温度上升到90℃以上时，双链DNA解聚为单链

复性

温度下降到50℃左右，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合

延伸

72℃左右时，TaqDNA聚合酶有最大活性，可使DNA新链由5′端向3′端延伸

（4）结果：

上述三步反应完成后，一个DNA分子就变成了两个DNA分子，随着重复次数的增多，DNA分子就以2n的形式增加。

PCR的反应过程都是在PCR扩增仪中完成的。

3．基因工程的应用

（1）植物基因工程：

培育抗虫转基因植物、抗病转基因植物、抗逆转基因植物、利用转基因改良植物的品质。

（2）动物基因工程：

①提高动物生长速度、改善畜产品的品质、用转基因动物生产药物、用转基因动物作器官移植的供体。

②乳腺生物反应器：

药用蛋白基因和乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组在一起。

（3）基因工程药品：

①受体细胞：

多为原核细胞。

原因是其繁殖快，多为单细胞，遗传物质相对较少。

②成果：

生产出细胞因子、抗体、疫苗、激素等。

（4）基因治疗：

①方法：

基因置换、基因修复、基因增补、基因失活等。

②类型：

体内基因治疗和体外基因治疗。

[理解—深化探究]

1．基因组文库和部分基因文库是如何构建的？

【提示】　基因组文库的构建过程为：

某种生物全部DNA许多DNA片段受体菌群体。

部分基因文库的构建过程为：

某种生物发育的某个时期的mRNAcDNA受体菌群体。

2．简述基因工程操作四步曲中哪些步骤存在碱基互补配对现象？

【提示】　第一步用PCR或人工合成法获取目的基因时存在碱基互补配对，第二步构建基因表达载体黏性末端连接时存在碱基互补配对，第四步目的基因的检测与鉴定步骤中分子杂交及基因表达时存在碱基互补配对。

3．辨析乳腺生物反应器与工程菌生产药物

乳腺生物反应器

工程菌

基因结构

动物基因的结构与人类基因的结构基本相同

细菌和酵母菌等生物基因的结构与人类基因的结构有较大差异

基